Was ist die Realisierbarkeit dieses Luftschiffs mit moderner Technologie?

Ich möchte ein Luftschiff mit moderner Technologie entwerfen. Ich habe mich im Stapelaustausch umgesehen, und obwohl es viele Fragen zu Luftschiffen gibt, beantworten sie meine Fragen nicht vollständig.

Meine Hauptidee basiert auf einer kurzen Galeone von 105 Fuß Länge, die etwa 350 bis 400 Tonnen wiegt. Verwendung eines benutzerdefinierten Heißluftballons, der durch ein geschlossenes Heizsystem (um Wasserverlust zu beseitigen) erhitzt wird, das aus einer Art moderner Dampf- oder Sterlingmaschine besteht. Die Brennstoffquelle ist Wasserstoff, da ich in Notfällen mithilfe einer Bordbatterie eine Elektrolyse an geerntetem Wasser aus Wolken durchführen kann.

Ich hätte gerne Antworten auf ein paar Punkte:

  1. Welche Größe müsste der Ballon haben, um das besagte Schiff zu tragen?
  2. Wie viel Treibstoff benötige ich für mindestens 6 bis 12 Stunden Flugzeit?
  3. Wäre mein Heizelement brauchbar oder gibt es eine effizientere Möglichkeit, meinen Ballon aufzuheizen?

Jede Information wäre willkommen und die Antwort, die meine Fragen am befriedigendsten abdeckt, wird als endgültige Antwort ausgewählt.

Das heiße Gas in Ihrem Ballon ist Luft? Da dies eine Fiktion ist, warum nicht Dampf verwenden? H2O ist ein leichtes kleines Molekül.
Wie heiß ist deine heiße Luft? Das ist die grundlegende Variable bei der Berechnung des Volumens des Ballons. Erwarten Sie sowieso eine Antwort in der Größenordnung von einer Million Kubikmeter (35 Millionen Kubikfuß). (Nein, es ist weder ein Witz noch eine Übertreibung.) (Zum Vergleich: Die Galeone hat ein Innenvolumen von einigen hundert Kubikmetern, sagen wir 500 Kubikmetern. Der Ballon muss in der Größenordnung von 2.000 mal größer sein als das Schiff .)

Antworten (3)

Größe des Hebesacks

Ein durchschnittlicher Heißluftballon benötigt 64 ft^3, um 1 Pfund mit einer Innentemperatur von 100 Grad F zu heben.

400 Tonnen = 881.000 Pfund -> 881.000 Pfund * 64 Fuß^3/lb = 56.384.000 Fuß^3

Angenommen, Ihr Hebekissen ist dreimal so lang wie Ihr Rumpf ...

3 * 105 Fuß = 315 Fuß Länge

... und unter der Annahme eines zylindrischen Hebekissens (scharfe Kanten, unrealistisch) ist die Querschnittsfläche des Hebekissens ...

56,384 * 10^6 Fuß^3 / 315 Fuß = 179.000 Fuß^2

... Durchmesser des Hebekissens ist also...

2 * ( 179.000 Fuß^2 / 3,146 ) ^ 0,5 = 477 Fuß Durchmesser

... was eine breite Ladung ist, möchten Sie vielleicht länger machen.

Kraftstoffverbrauch * Dies wird bei der Wärmeübertragung schnell und schmutzig sein, in Wirklichkeit würde der Wärmeverlust nicht linear skalieren und der Kraftstoffverbrauch wäre geringer.

Ein durchschnittlicher Heißluftballon (77.000 ft^3) verbraucht 30 Gallonen flüssiges Propan pro Stunde.

56.384.000 ft^3 / 77.000 ft^3 = 732 durchschnittliche Heißluftballons

732 * 30 Gallonen = 22.000 Gallonen/Std

... mit Propan erhalten Sie 91.330 Btu/gal ...

... mit Wasserstoff 51.585 Btu/lb ...

91 Btu/gal / 51 Btu/lb * 22.000 gal/h = 39.254 lb/h oder ~18 metrische Tonnen Wasserstoff pro Stunde, die zum Erhitzen Ihrer Tasche verbrannt werden.

18 Tonnen/h * 16 h = 288 Tonnen Wasserstoff für 16 Stunden Flugzeit

Ihr Flugzeug besteht nur zu 72 % aus Treibstoff, gut genug für Regierungsarbeit.

Lebensfähigkeit des Heizelements

... 72 % Masseverbrauch durch Kraftstoff dürften leider selbst für Regierungsarbeit nicht gut genug sein. Ihr Heizelement ist funktionsfähig - Wärme ist im Allgemeinen ziemlich einfach aus einer Energiequelle zu gewinnen, insbesondere wenn Sie ein großes Volumen wie einen Heißluftballon erhitzen -, aber Ihr Verständnis für die Verwendung einer Batterie zur Rückgewinnung von Wasserstoff aus Wolken und die Verwendung dieses Wasserstoffs als Eine Wärmequelle braucht Arbeit. So umgesetzt, wie es ist, wird die Besatzung Ihres Luftschiffs zu einem fatalen Ende führen. Die gesamte Energie in dem von Ihnen beschriebenen System muss zu Beginn Ihres Fluges entweder A. in Ihrem Wasserstoffspeicher oder B. in Ihrer Batterie enthalten sein. Es wäre eine bessere Idee, einfach mehr Wasserstoff statt des Batteriegewichts und der zugehörigen Maschinen zur Durchführung der Elektrolyse mitzuführen.

Als weiteren Vorschlag würde ich Ihnen dringend raten, heiße Luft als Hebegas durch etwas zu ersetzen, das keine konstante Brennstoffzufuhr erfordert. Helium reicht aus, ebenso Wasserstoff – 64.000 ft^3 Helium werden 4454 lbs heben, während das gleiche Volumen Wasserstoff 4808 lbs heben wird, beides fast viermal so viel, ohne Treibstoffverbrauch obendrein. Diese Realität ist der Grund, warum (ungeheizter) Wasserstoff und Helium die Traggase sind, die in realen Luftschiffen verwendet werden; Ich habe noch keinen Heißluftballon ähnlicher Größe gesehen, obwohl ich über theoretisch schwimmende Städte in geodätischen Kuppeln gelesen habe, die von etwas höheren Innenlufttemperaturen (die ordentlich sind) in der Luft gehalten werden. Ich stimme auch zu, dass Luftschiffe fantastisch sind; Lesen Sie einige Thermodynamik-Lehrbücher, lernen Sie, als würden Sie ewig leben, und fliegen Sie sicher.

Beachten Sie, dass Sie Mathjax von WB SE zum Schreiben verwenden können, z F T 3 und natürlich Zahlen und mathematische Ausdrücke.
@StephenG: Beachten Sie das F T 3 bedeutet etwas Notiertes F mal was notiert T (Zeit?) gewürfelt. Kubikfuß sind ft³ (oder, wenn Sie MathJax verwenden möchten, ft 3 ). (Das heißt, Symbole für Maßeinheiten werden in aufrechter Schrift gesetzt.)
Wie viel wiegt die Tasche? Und haben Sie genug Auftrieb, um auch den Kraftstoff zu tragen?
Das Taschengewicht wurde vernachlässigt. Sie könnten es mit Oberfläche und Stoffgewicht berechnen, aber in Wirklichkeit werden Sie mit einer freitragenden Struktur dieser Größe nicht davonkommen. Für ein Bruttogewicht von 400 Tonnen (Tonnen? Ich habe bei den ersten Berechnungen vielleicht meine Tonneneinheiten verwechselt, aber es wird in der Größenordnung liegen) benötigen Sie 288 Tonnen Wasserstoff für 16 Stunden Flugzeit. Diese Zahl scheint groß zu sein, aber es ist eine riesige Tasche und proportional zu einer linearen Extrapolation von einem Standard-Heißluftballon.
Sie sollten in der Lage sein, eine bessere Schätzung des Wärmeverlusts zu erhalten, indem Sie die Beuteloberfläche und nicht das Volumen berücksichtigen. Dies ist jedoch eine großartige Antwort. Willkommen bei Worldbuilding!
Geodätische Luftschiffe (Buckmaster Fullers „Cloud 9“) werden nutzbar, wenn die Kugel einen Durchmesser von etwa einer halben Meile hat. Als Gedankenexperiment ist es interessant, aber für die Menschen, die an Bord leben, dürften Themen wie Ressourcenverbrauch und Ökonomie die Idee „begründen“.

Die Elektrolyse ist ein endothermer Prozess, Sie müssen dafür Energie aufwenden. Man kann aus dem Wasserstoff nicht mehr Energie gewinnen, als nötig war, um diesen Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Was die Frage aufwirft, warum nicht den Mittelsmann ausschalten und einfach die Stromquelle verwenden, die die Elektrolyse antreibt, um den Ballon selbst zu erhitzen?

Entschuldigung, ich hatte vergessen, anzugeben, dass ich im Notfall eine Bordbatterie für die Elektrolyse hätte.
@TheLastRemnant Der Punkt, an dem immer noch Wasser gespalten wird, macht das System ohne triftigen Grund drastisch weniger effizient.

Wenn Sie bereits Wasserstoff haben, wäre das für den Auftrieb viel effizienter als heiße Luft, vorausgesetzt, Sie können ihn enthalten.

Heißluftballons dieser Größe haben sich nicht bewährt.

Was ist die Realisierbarkeit dieses Luftschiffs mit moderner Technologie?
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